專利名稱：一種煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能利用領(lǐng)域，涉及熱能利用的方法，尤其涉及能實(shí)現(xiàn)煙氣熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的一種方法。
根據(jù)申請(qǐng)人所進(jìn)行的資料檢索，與本發(fā)明相關(guān)或相近的資料有如下幾篇1)專利申請(qǐng)?zhí)枮?9222731.3的實(shí)用新型專利“鍋爐余熱回收裝置”中，雖然煙氣余熱得到了利用，但是當(dāng)含高水分煙氣流過該余熱回收裝置時(shí)，因煙氣溫度的降低而產(chǎn)生大量的凝結(jié)水。若不把凝結(jié)水從煙道中及時(shí)排出，將導(dǎo)致煙囪內(nèi)大量積水，腐蝕嚴(yán)重，而且煙氣100％的通過該余熱回收裝置后，煙氣溫度很低，不利于煙氣在煙囪中的流動(dòng)。
2)美國專利號(hào)為4998508的專利“Condensing type boilers”中，盡管煙氣熱能利用度高，但也同樣存在著煙氣中凝結(jié)水的回收問題，而且該型式的鍋爐是整體鍋爐，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不適宜在大容量、高壓力參數(shù)下的鍋爐使用，使用范圍有限。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，按以下步驟進(jìn)行1)將從鍋爐出來的含高水分的煙氣分為兩部分；所述兩部分的煙氣的比例可按照煙氣熱能深度利用和熱能利用后煙氣在煙囪中的流動(dòng)特性來分配，即β＝ΔQ/Q (1)式(1)中，β—經(jīng)換熱器5冷凝換熱的煙氣占全部煙氣2的份額比；ΔQ—換熱器5內(nèi)的冷凝換熱量，kW；Q—將鍋爐出口的全部煙氣2降到換熱器5出口煙溫時(shí)所放出的熱量，kW；為了使進(jìn)入煙囪的煙氣有好的流動(dòng)性，則應(yīng)使按下式計(jì)算的兩部分煙氣混合后的溫度t滿足以下條件t＝(G1J1+G2J2)/(G1+G2)＝φts(2)其中，G1＝(1-β)G；G2＝β(G-G′)；式(2)中，t—兩部分煙氣混合后的溫度，℃；G—鍋爐出口的全部煙氣2的質(zhì)量流量，kg/s；G′—將鍋爐出口的全部煙氣2降到換熱器5出口煙溫時(shí)所冷凝的凝結(jié)水量，kg/s；J1—鍋爐出口處煙氣2的煙氣溫度，℃；J2—換熱器5的出口處煙氣溫度，℃；ts—兩部分煙氣混合后煙氣中水蒸氣所占分壓力下的其飽和溫度，℃；
φ—與煙氣流動(dòng)特性有關(guān)的修正系數(shù)；其中，φ的選取范圍一般在1.1～2.5之間，β的選取范圍一般在0.65～0.95之間；2)一部分煙氣經(jīng)換熱器使煙氣溫度降到水蒸氣露點(diǎn)溫度以下，煙氣放出的低品質(zhì)熱量被冷媒介質(zhì)吸收，實(shí)現(xiàn)煙氣熱能的深度利用，同時(shí)使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)經(jīng)集液池回收并經(jīng)水處理池處理，使凝結(jié)水變?yōu)榭晒┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所能利用的資源化的水；3)另一部分煙氣不用于煙氣熱能的回收，而是將該部分煙氣送入流量閥所在的旁路煙道，混合并加熱前一部分換熱后溫度較低的煙氣，以利于煙氣在煙囪中流動(dòng)。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是，所述從鍋爐出口煙氣的溫度是指充分考慮換熱器的設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的溫度。
所述的換熱器采用耐腐蝕材料的間壁式換熱器或直接接觸式換熱器。
所述水處理池是使酸性凝結(jié)水中和并將其軟化等化學(xué)處理。
本發(fā)明方法可帶來有益的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，主要是鍋爐排煙潔凈，防止煙囪腐蝕，熱能得到深度利用，并實(shí)現(xiàn)煙氣中水蒸氣的資源化利用。
圖2是本發(fā)明方法的另一種示意圖。
在
圖1中，1表示鍋爐、2表示優(yōu)化煙溫的出口煙氣、3表示流量閥、4表示流量分配板、5表示間壁式換熱器、6表示集液池、7表示水處理池。流量閥3和流量分配板4固定在煙道壁上，間壁式換熱器5水平布置在煙道中，煙氣和冷媒是逆流布置，其下方依次連接集液池6和水處理池7，水處理池7中裝有使凝結(jié)水中和并軟化的水處理系統(tǒng)。
鍋爐1的出口煙氣2分為兩部分一部分經(jīng)過耐腐蝕材料換熱器5使煙氣溫度降到煙氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度以下，同時(shí)使凝結(jié)水經(jīng)集液池6回收并經(jīng)水處理池7處理，使凝結(jié)水變?yōu)榭晒┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所能利用的資源化的水；另一部分煙氣經(jīng)流量閥3所在的旁路管道混合加熱前一部分煙氣后送入煙囪。
在圖2中，5表示直接接觸式換熱器、8表示放置在集液池6中的間壁式換熱器、9表示水管、10表示水泵。流量閥3和流量分配板4固定在煙道壁上，直接接觸式換熱器5布置在煙道中，冷卻水和煙氣成逆流布置。煙氣從換熱器5的下方送入，經(jīng)與冷卻水直接接觸換熱后從換熱器5的上方送入煙囪；冷卻水經(jīng)水泵10通過水管9進(jìn)入換熱器5與煙氣換熱，換熱后排入集液池6中。放置在集液池6中的間壁式換熱器8將冷卻水回收得到的煙氣熱能換走，實(shí)現(xiàn)煙氣熱能的深度利用。煙氣中水蒸氣的凝結(jié)會(huì)使集液池6中的水越來越多，可通過集液池6上方的溢流口進(jìn)入水處理池7，經(jīng)處理后變?yōu)榭晒┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所能利用的資源化的水。
鍋爐出口煙溫越低越可以降低排煙熱損失，有利于提高鍋爐效率，但過低的排煙溫度卻使煙氣中的部分水蒸氣會(huì)在鍋爐本體內(nèi)凝結(jié)造成鍋爐腐蝕嚴(yán)重，并且使換熱器5中的煙氣與工質(zhì)的傳熱溫壓減少，傳熱面積增大，因此，鍋爐1出口煙氣2的溫度是在充分考慮換熱器5的設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的溫度。
若將煙氣全部通過換熱器5進(jìn)行冷凝換熱，雖然煙氣熱能得到很好的利用，但從換熱器5出去的煙氣中水蒸氣處于飽和狀態(tài)，在煙囪中不利于流動(dòng)，為了使煙氣在煙囪中有好的流動(dòng)特性，必須使煙氣中的水蒸氣在煙囪中處于過熱狀態(tài)，因此，可將煙氣分為兩部分，用未冷凝的一部分煙氣加熱另一部分冷凝后的煙氣，從而使煙氣中的水蒸氣在進(jìn)入煙囪時(shí)處于過熱狀態(tài)。兩部分的煙氣的比例可按照煙氣熱能深度利用和熱能利用后煙氣在煙囪中的流動(dòng)特性來分配，即β＝ΔQ/Q (1)式(1)中，β—經(jīng)換熱器5冷凝換熱的煙氣占全部煙氣2的份額比；ΔQ—換熱器5內(nèi)的冷凝換熱量，kW；
Q—將鍋爐出口的全部煙氣2降到換熱器5出口煙溫時(shí)所放出的熱量，kW；為了使進(jìn)入煙囪的煙氣有好的流動(dòng)性，則應(yīng)使按下式計(jì)算的兩部分煙氣混合后的溫度t滿足以下條件t＝(G1J1+G2J2)/(G1+G2)＝φts(2)其中，G1＝(1-β)G；G2＝β(G-G′)；式(2)中，t—兩部分煙氣混合后的溫度，℃；G—鍋爐出口全部煙氣2的質(zhì)量流量，kg/s；G′—將鍋爐出口的全部煙氣2降到換熱器5出口煙溫時(shí)所冷凝的凝結(jié)水量，kg/s；J1—鍋爐出口處煙氣2的煙氣溫度，℃；J2—換熱器5的出口處煙氣溫度，℃；ts—兩部分煙氣混合后煙氣中水蒸氣所占分壓力下的其飽和溫度，℃；φ—與煙氣流動(dòng)特性有關(guān)的修正系數(shù)；其中，φ的選取范圍一般在1.1～2.5之間，β的選取范圍一般在0.65～0.95之間。
煙氣中的大部分水蒸氣在換熱器中凝結(jié)，防止了煙囪的腐蝕和結(jié)垢。換熱器5是耐腐蝕材料的間壁式換熱器或直接接觸式換熱器，當(dāng)維修該換熱器時(shí)，可使煙氣全部通過流量閥3所在的旁路通道，不會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。凝結(jié)水經(jīng)水處理池7實(shí)現(xiàn)中和、軟化后，可用作工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水，在干旱少雨的地區(qū)，還可用作灌溉或人畜用水，實(shí)現(xiàn)煙氣中的水蒸氣資源化利用。
權(quán)利要求
1.一種煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行1)將從鍋爐[1]出來的含高水分的煙氣[2]分為兩部分；所述兩部分的煙氣的比例可按照煙氣熱能深度利用和熱能利用后煙氣在煙囪中的流動(dòng)特性來分配，即β＝ΔQ/Q (1)式(1)中，β—經(jīng)換熱器[5]冷凝換熱的煙氣占全部煙氣[2]的份額比；ΔQ—換熱器[5]內(nèi)的冷凝換熱量，kW；Q—將鍋爐出口的全部煙氣[2]降到換熱器[5]出口煙溫時(shí)所放出的熱量，kW；為了使進(jìn)入煙囪的煙氣有好的流動(dòng)性，則應(yīng)使按下式計(jì)算的兩部分煙氣混合后的溫度t滿足以下條件t＝(G1J1+G2J2)/(G1+G2)＝φts(2)其中，G1＝(1-β)G；G2＝β(G-G′)；式(2)中，t—兩部分煙氣混合后的溫度，℃；G—鍋爐出口的全部煙氣[2]的質(zhì)量流量，kg/s；G′—將鍋爐出口的全部煙氣[2]降到換熱器[5]出口煙溫時(shí)所冷凝的凝結(jié)水量，kg/s；J1—鍋爐出口處煙氣[2]的煙氣溫度，℃；J2—換熱器[5]的出口處煙氣溫度，℃；ts—兩部分煙氣混合后煙氣中水蒸氣所占分壓力下的其飽和溫度，℃；φ—與煙氣流動(dòng)特性有關(guān)的修正系數(shù)；其中，φ的選取范圍一般在1.1～2.5之間，β的選取范圍一般在0.65～0.95之間；2)一部分煙氣經(jīng)換熱器[5]使煙氣溫度降到水蒸氣露點(diǎn)溫度以下，煙氣放出的低品質(zhì)熱量被冷媒介質(zhì)吸收，同時(shí)使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)經(jīng)集液池[6]回收并經(jīng)水處理池[7]處理，使凝結(jié)水變?yōu)榭晒┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所能利用的資源化的水；3)另一部分煙氣不用于煙氣熱能的回收，而是將該部分煙氣送入流量閥[3]所在的旁路煙道，混合并加熱前一部分換熱后溫度較低的煙氣，以利于煙氣在煙囪中流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，其特征在于，所述鍋爐[1]出口煙氣[2]的溫度是指充分考慮換熱器[5]的設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，其特征在于，所述的換熱器[5]采用耐腐蝕材料的間壁式換熱器或直接接觸式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，其特征在于，所述水處理池[7]是使酸性凝結(jié)水中和并將其軟化等化學(xué)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙氣的熱能深度利用與其中水蒸氣資源化的方法，將從鍋爐出來的含高水分的煙氣分為兩部分一部分煙氣經(jīng)換熱器使煙氣溫度降到水蒸氣露點(diǎn)溫度以下，煙氣放出的低品質(zhì)熱量被冷媒介質(zhì)吸收，實(shí)現(xiàn)煙氣熱能的深度利用，同時(shí)使煙氣中的水蒸氣凝結(jié)經(jīng)集液池回收并經(jīng)水處理池處理，使凝結(jié)水變?yōu)榭晒┕まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活所能利用的資源化的水；另一部分煙氣不用于煙氣熱能的回收，而是通過流量閥所在的旁路煙道，混合并加熱前一部分換熱后溫度較低的煙氣，以利于煙氣在煙囪中流動(dòng)。該方法排煙潔凈，防止煙囪腐蝕，熱能利用深度大，且使煙氣中的水蒸氣實(shí)現(xiàn)資源化。
文檔編號(hào)F24H8/00GK1414321SQ0213953
公開日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者車得福, 鄭東宏, 莊正寧, 劉衛(wèi)東, 方勝 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)